车床主轴箱设计毕业设计论文终稿

..WORD完美格式专业知识编辑整理编号潍坊学院毕业设计技术报告课题名称：车床主轴箱设计学生姓名：学号：专业：机械设计制造及其自动化班级：机制本二指导教师：2015年06月..WORD完美格式专业知识编辑整理摘要CA6140作为主要的车削加工车床,被广泛的应用于机械加工行业。随着经济的发展以及对国外先机技术的学习和引进,我国的车床行业在世界上起到了举足轻重的作用。主轴箱是车床中重要的组成部分,整个车床的动力传动就是由它控制的。主轴箱直接影响着车床的工作效率,由此可知主轴箱的重要程度。本设计是主要针对CA6140车床主轴箱的设计,车床主轴箱是一个比较复杂的传动部件。根据当前实际情况,考虑到经济性和效率性等相关因素,对车床主轴箱进行合理构思构想,最终完成对车床主轴箱的设计。设计的内容主要有参数的确定,拟定传动与变速的结构方案和传动系统图,传动设计,传动件的估算和校核,各部件结构设计和主轴组件的校核几个部分部分来进行设计的。以齿轮、带轮、皮带轮、轴承、等的参数设计为重点,并利用制图软件进行了零件的设计和处理。关键词：CA6140车床主轴箱传动零件..专业知识编辑整理AbstractCA6140asthemainturninglathe,CA6140iswidelyusedinmechanicalprocessingindustry.Withthedevelopmentofeconomyaswellastothelearningandintroducingforeignadvantagetechnology,latheindustryinChinahasplayedapivotalroleintheworld.Spindleboxistheimportantpartofthelatheanditcontrolledthepowertransmissionofthewholelathe.Spindleboxdirectlyaffectstheworkefficiencyofmachinetool,thustheimportanceofthespindleboxisgoeswithoutsaying.ThisdesignismainlyforCA6140lathespindleboxdesign,andlathespindleboxisamorecomplicateddrivingpart.Accordingtothecurrentactualsituation,consideringthefactorsrelatedtoeconomyandefficiency,toreasonabledesignideaoflathespindlebox,finallycompletedthedesignoflathespindlebox.Themajordesigncontentincludingthedeterminationoftheparameters,formulatetransmissionandvariablestructureschemeandsystemdiagram,transmissiondesign,theestimateandcheckof

transmission

parts,the

design

of

the

components

structureandthecheckthespindlecomponent.Focusontheparameter

designofgear,beltpulley,bearingandsoon,andusethegraphicssoftwarefordesigningandprocessingoftheparts.Keywords:CA6140lathe;spindlebox;transmission;parts..专业知识编辑整理目录TOC\o"1-3"\h\u摘要IAbstractII第一章绪论11.1车床的发展及主轴箱的作用1车床的发展历史1主轴箱的作用21.2主传动系统的设计要求3第二章传动设计42.1主传动方案设计42.2选择传动结构式和结构网4确定传动组及传动副的数目4传动式的拟定4结构式的拟定42.3转速图的拟定52.4传动轴的设计52.5主轴箱的箱体6第三章动力设计73.1确定各轴转速及检查73.2带传动设计83.3齿轮模数的确定以及模数的校核103.4齿轮强度校核123.5主轴挠度的计算和校核15第四章离合器的选择及其计算17第五章传动件验算195.1轴的强度校核195.2验算花键键挤压应力195.3滚动轴承校核205.4齿轮的强度计算215.5计算跨距22第六章结论24参考文献25致谢26..第一章绪论1.1车床的发展及主轴箱的作用1.1.1车床的发展历史车床行业是装备制造业的基础,是制造业使用最广的一类机床,同样也是一个具有战略性意义的产业,始终在国民经济中占有非常重要的位置。生产中主要用来加工轴、盘等具有回转体表面一类的零件,典型运动方式是工件不动,靠车道的运动来完成材料的去除。金属切削车床在机械制造工业中所承担的工作总量约占机器总制造工作总量的一半以上,是加工机器零件的主要设备。车床具有悠久的历史,出于生产需要,人类很早就制造出了原始的车床。最早的车床是靠手拉或脚踏,通过绳索使工件旋转,并手持刀具而进行切削的,其结构如图1.1所示。图1.1脚踏车床现代车床诞生于1797年,英国机械师莫兹利制作出了用丝杠传动刀架的车床,为了能够改变进给速度,莫兹利又于1800年加入了交换齿轮。十八世纪四十年代美国相继出现了转塔车床和回轮车床,极大地提高了机械化和自动化程度。1873年,美国机械发明家发明出第一台单轴自动车床,不久他又做出了三轴自动车床,之后20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。二十世纪五十年代中期,又相继出现了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床,70年代后得到迅速发展。中国车床行业在建国60多年来,经过几代人的不懈努力,获得了长足的发展,现在已经成为一个种类繁多,技术先进,具有较大经济规模的产业。我国机床工具行业已开始走出国门参与国际市场竞争,取得了举足轻重产业地位,正在向车床制造业大国的道路迈进。尽管如此,我国车床行业的发展水平与世界先进水平之间还有着不小的差距。主要表现在以下几个方面：稳定性能不佳,大多数高精密和超精密车床的性能远远不能与国外相比；精度差,在精度方面达标困难,尤其是精度要求高的零件；自动化和数控车床的生产在技术水平和质量方面都不如发达国家。问题已经显而易见,在科学技术飞速发展的今天,竞争非常激烈,只有不断提高车床技术人员的技术素质,不断壮大我国车床行业的研发团队,努力学习国外的先进车床技术,才能赶上世界先进水平。1.1.2主轴箱的作用车床主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。主轴箱是车床的重要组成部分,又称为床头箱,箱内又包含主轴及其轴承、传动机构、启动、停止及换向机构、制动装置、操纵机构和润滑机构等。主轴箱的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速,同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量,一旦主轴的旋转精度降低,则机床的使用价值就会降低。主轴的规定转速和方向是主轴箱采用多级齿轮传动,通过一定的传动系统获得的。主轴箱传动系统的设计,会直接影响车床性能的好坏,其内部结构如图1.2所示。图1.2主轴箱内部结构1.2主传动系统的设计要求主轴箱中的主轴要有足够的转速范围和转速级数,能够满足车床的运动；主电机必须能输出充足的功率,并且要有较高的传动效率。全部机构和元件有足够的强度和刚度；主轴箱的主传动结构要有足够高的精度、刚度、抗振性,较小的热变形和较小的噪声；主传动系统的操作要足够灵活,必须安全可靠,维修方便,润滑密封也要良好；主传动的结构要简单紧凑,制造方便,工艺性好,成本低。第二章传动设计2.1主传动方案设计机械传动装置用于传递运动,它的设计是否合理,对整个机械的工作性能、质量、成本等有很大的影响。因此传动方案的设计是机械设计中非常重要的一个环节。合理的传动方案不但要满足工作机的功能要求,还要满足工作安全可靠、传动效率高、结构简单、成本低、方便维护等要求。传动方案和传动类型有很多,通过各方面的考虑,在这次设计中我们决定采用集中传动型式的主轴变速箱类型。集中传动型结构紧凑,方便集中操作,便于调试,成本低。2.2选择传动结构式和结构网结构上要考虑自由度问题,分析和选择比较简单的串联式传动用结构式、结构网是比较好的方法,但这个方法不适合用于分析复杂的传动,得不出实际解决方案。2.2.1确定传动组及传动副的数目传动链的确定,要考虑经济合理的原则。利用转速图,对各个方案进行比较来确定传动系统。因为结构的限制,得出传动副以2或3最为合适,一共有以下三种方案：。2.2.2传动式的拟定因为主轴对加工精度、表面粗糙度的影响很大,所以要选择齿轮少的主轴。综上所述,传动式为。2.2.3结构式的拟定传动式的结构式和结构网分别为：,,,,,。初选的方案。2.3转速图的拟定图2.1正转转速图图2.2主传动系图2.4传动轴的设计车床的传动轴一般采用滚动轴承作为支撑。传动轴要保证安装在轴上的齿轮、离合器和制动器等机构可以正常工作。首先,轴应该有足够的强度和刚度。如偏差和倾角过大,会使齿轮啮合,轴承工作状况的恶化,会使振动和噪声变大,两轴中心距误差和轴之间的并行性导体和其他装配和加工误差也会导致这个问题。传动轴可以是一个光轴或花键轴。在批量生产中,有专门的加工花键铣床和磨床,工艺并不困难。所以齿轮上的轴都用花键轴。花键轴承载力高、加工也比单键光轴方便。花键轴的长度,终端不高,这是过滤过程的一部分。一般大小的花键滚刀刀具直径D为65～85毫米。机床的驱动轴滚动轴承通常用于有一个球轴承和滚子圆锥轴承。在温度、空载功率和噪声等方面,球轴承要比滚动轴承好许多。滚动轴承对轴的刚度,孔加工精度要求很高。但滚锥轴承内外圈分离,方便装配,易于调整间隙。所以有时候没有轴向力,也经常使用这种类型的轴承。选择轴承的类型和大小,首先取决于承载力,但也要考虑其他结构性条件。2.5主轴箱的箱体箱体毛坯的常用种类有：铸件、焊件、锻件、冲压件。毛坯的确定要考虑零件的材料、结构形状、外形大小；机械性能的要求；生产类型要求；经济要求等。车床的类型不同,所以箱体的安装方式也不一样。车床主轴箱是固定式变速箱,它使用螺钉固定的,用箱体底面和底面的突起两个垂直平面来定位。第三章动力设计3.1确定各轴转速及检查轴的结构设计取决于轴上零件,轴承的布置；轴上零件的定位和轴的强度。〔1主轴的计算转速为:<3-1>〔2各齿轮的计算转速传动组C中的齿轮应计算齿数为22的,计算得出的转速是200r/min；73/37计算z=37的齿轮,计算得出的转速为125r/min；传动组B中的齿轮计算齿数为22的,计算得出的转速为200r/min；计算传动组A中齿数为22的齿轮,计算得出的转速为500r/min。〔3核算主轴转速误差转速误差：<3-2>其中主轴标准转速:表3.1转速误差表主轴转速n1n2n3n4n5n6标准转速16202531.54050实际转速15.6619.9324.9130.6939.0648.83转速误差%2.12%0.35%0.36%2.57%2.35%2.34%主轴转速n7n8n9n10n11n12标准转速6380100125160200实际转速62.6179.6999.61123.57157.27196.58转速误差%0.62%0.39%0.39%1.14%1.71%1.71%主轴转速n13n14n15n16n17n18标准转速250315400500630800实际转速242.21308.28385.35503.81628.89786.11转速误差%3.11%2.13%3.66%0.76%0.18%1.73%转速误差满足要求,所以合适。3.2带传动设计设计普通V形带传动必须要确定带的型号、长度、根数。带轮的直径、宽度和轴孔直径,中心距,初拉力及作用在轴上力的大小和方向等。在确定带轮轴孔直径时,应根据带轮的安装情况来考虑。当带轮直接装在电动机轴或减速器轴上时,应该取带轮轴孔直径等于电动机轴或减速器轴的直径；当带轮装在其他轴上时,则应根据该轴直径来确定。设计时,应该检查带轮尺寸与传动装置外轮廓尺寸的相互关系。例如,电动机轴上的小带轮半径是否小于电动机的中心高；小带轮轴孔直径、长度是否与电动机外伸轴径、长度相对应；大带轮外圆是否与其他零件相碰。带轮直径确定后,应该根据该直径和滑动率计算带传动的实际传动比和从动轮的转速,并以此修正减速器所要求的传动比和输入转矩。3.1带传动结构示意图〔1确定计算功率取,则〔2选取V带型由《机械设计》[2]查得,选择B型带。〔3确定带轮直径由以上已得小带轮基准直径,校核带速:<3-3>其中-小带轮转速,r/min；-小带轮直径,mm；,合适。〔4带传动的中心距以及基准长度设中心距为,则于是330a1200,初取中心距为700mm带长〔3-4查《机械设计》[2]得基准长度,带传动实际中心距〔5校核小带轮包角是否符合要求〔6确定带的根数〔3-5其中：-时传递功率的增量；-包角系数；-长度系数；〔7计算带的张紧力〔3-6其中：--带的传动功率,KW；V--带速,m/s；Q--每米带的质量,取〔8计算作用在轴上的压轴力3.3齿轮模数的确定以及模数的校核设计齿轮传动必须确定齿轮的材料和热处理方式,齿轮的齿数、模数、变位系数、齿宽、分度圆直径、齿根圆直径、结构尺寸、中心距等。齿轮材料及热处理方式的选择,应考虑齿轮的工作条件、传动尺寸的要求、制造设备条件等。齿轮传动的计算准则和方法,应该根据齿轮工作条件和齿面硬度来确定。对于软齿面齿轮传动,应该按齿面接触疲劳强度计算齿轮直径,验算齿根弯曲疲劳强度；对于硬齿面齿轮传动,应该按齿根弯曲疲劳强度计算模数,验算齿面接触疲劳强度。模数的确定：A传动组：分别计算各齿轮模数计算22齿齿轮的模数：〔3-7其中:--公比；；--电动机功率；；--齿宽系数；--齿轮传动许允应力;-计算齿轮计算转速。〔3-8取,安全系数。由应力循环次数选取。,取m=5mm。按齿数30的计算,,可取m=5mm；按齿数26的计算,,可取m=5mm。传动组a的齿轮模数取m=5mm,b=40mm。轴Ⅰ上齿轮的直径：。轴Ⅱ上三联齿轮的直径分别为：。B传动组：确定轴Ⅱ上齿轮的模数。〔3-9按22齿数的齿轮计算：可得m=4.72mm取m=5mm按40齿数的齿轮计算：可得m=3.97mm；按35齿数的齿轮计算：可得m=4.15mm；所以轴Ⅱ齿轮的模数为m=5mm。于是轴Ⅱ齿轮的直径分别为：；。轴Ⅲ上与轴Ⅱ的两齿轮直径分别为：；C传动组：取m=5mm。轴Ⅲ上两联动齿轮的直径分别为：轴Ⅳ上两齿轮的直径分别为：3.4齿轮强度校核计算公式：〔3-101、校核a传动组齿轮〔1〔2确定动载系数：《机械设计》[2]中查得系数〔3〔4确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数非对称查《机械设计》[2]得〔5确定齿间载荷分配系数:由《机械设计》[2]查得〔6确定动载系数:〔7由《机械设计》[2]查得〔8计算弯曲疲劳许用应力,,,,故合适。图3.2齿轮2、校核b传动组齿轮〔1〔2确定动载系数：从《机械设计》[2]中查得系数〔3〔4确定齿向载荷分配系数:取齿宽系数非对称,查《机械设计》得〔5确定齿间载荷分配系数:由《机械设计》[2]查得〔6确定动载系数:〔7由《机械设计》[2]查得〔8计算弯曲疲劳许用应力,,,,故合适。3、校核c传动组齿轮校核齿数为22,与验证b用相同的方法验算,c组齿轮同样符合本次设计要求。3.5主轴挠度的计算和校核滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的,而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的,故先要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法进行估算。初算轴径还要考虑键槽对轴强度的影响。当该轴段截面上有一个键槽时,d增大5%；有两个键槽时,d增大10%。然后将轴径圆整为标准值。若减速器高速轴外伸端用联轴器与电动机相连,则外伸端轴径应该考虑电动机轴及联轴器的直径尺寸,外伸端轴径和电动机轴直径应相差不大。1、确定各轴最小直径[1]Ⅰ轴的直径：[2]Ⅱ轴的直径：[3]Ⅲ轴的直径：[4]主轴的直径：2、轴的强度验算〔3-11花键轴抗弯断面系数：〔3-12其中d——花键轴内径；D——花键轴外径；b——花键轴键宽；z——花键轴的键数。〔3-13 T——在危险断面上的最大扭矩；N——该轴传递的最大功率；——该轴的计算转速；M——主动被动轮最大弯矩。3、校核花键键的压应力花键键挤压应力为：〔3-14式中：——花键传递的最大扭矩；D、d——花键的外径和内径；z——花键的齿数；——通常取为0.75。结果符合设计要求。图3.3花键轴第四章离合器的选择及其计算摩擦式离合器主要包括四个部分。主动部分：飞轮、离合器盖、压盘。从动部分：从动盘、从动轴。压紧机构：压紧弹簧。操纵机构：离合器踏板、分离拉杆、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆等。主、从动部分的接合元件采用摩擦副的离合器。摩擦式离合器是靠摩擦片来传递动力的离合器。变速器第一轴的前端由轴承支承在飞轮中心孔内,后端由轴承支承在变速器壳上。离合器片毅借滑动花键与变速器第一轴相联。压板弹簧将压板和离合器片紧压在飞轮上,使离合器经常处于接合状态。发动机的扭矩就靠飞轮、压板与离合器片的摩擦作用向变速器第一轴输出。当需要使离合器分离时,踏下离合器踏板,使离合器压板克服弹簧的张力向后移动,离合器片便与压板、飞轮分离,离合器便处于分离状态,发动机的扭矩就不能传到变速器了。当需要离合器重新接合,可以缓抬起离合器踏板。压板在弹簧的作用下向前移动,将离合器片逐渐压在飞轮上,直至离合器片完全停止滑磨状态,离合器便全部接合。摩擦式离合器,按其离合器片数可分为单片离合器和双片离合器两种；按照压紧弹簧的形式又可分为多弹簧式、中央弹簧式和膜片弹簧式三种。由离合器工作原理可知,摩擦式离合器所能传递最大扭矩的数值,取决于摩擦面的压紧力、摩擦系数、摩擦表面的径向尺寸和摩擦面数量。4.1离合器的结构示意图1、确定摩擦片的径向尺寸：由于摩擦片的外径尺寸受外形轮廓的限制,内径又是由它的轴径来决定。内径和外径尺寸决定了内外摩擦片的环形接触面积的大小,这直接影响着离合器的结构性能。外摩擦片的内径为：2、确定摩擦离合面的数目Z：〔4-1其中T为离合器的扭矩：K——安全系数,此处取为1.3；[P]——摩擦片许用比压,取为1.2MPa；f——摩擦系数；S——内外片环行接触面积,〔4-2KV——速度修正系数；——结合次数修正系数；——结合面数修正系数；3、摩擦离合器的轴向压力Q：〔4-34、摩擦片的厚度一般随着摩擦面中径的增大而加厚,内外片分离是的最小间隙为。普通车床主轴反转的时候,一般情况下是不切削的,故反向离合器所传递的扭矩可按空载功率损耗来确定。第五章传动件验算5.1轴的强度校核轴的强度校核根据装配草图的轴的结构,确定作用在轴上的力的作用点。确定了力的作用点以后,可以对轴进行受力计算。校核后,如果强度不够,应该增加轴径。对轴的结构进行修改。如果已满足强度要求,而且计算出安全系数与许用值相差不大,那么初步设计的轴的结构正确。如果安全系数很大,就要考虑联轴器对轴直径、寿命、键连接强度的要求。各轴的应力公式计算：〔5-1式中：[Rb]——许用应力；W——抗弯断面系数；T——在危险断面上的最大扭矩；〔5-2N——该轴传递的最大功率；——该轴的计算转速；抗弯断面系数计算公式为：〔5-3式中：d——花键轴内径；D——花键轴外径；z——花键轴的键数；对于轴Ⅰ、Ⅱ,；对于轴Ⅲ,；可计算出：轴Ⅰ,；轴Ⅱ,；轴Ⅲ,。符合设计要求5.2验算花键键挤压应力花键键挤压应力为：<5-4>式中：——花键传递的最大扭矩；D、d——花键的外径和内径；z——花键的齿数；——通常取为0.75。符合设计要求。5.1轴的结构示意图5.3滚动轴承校核滚动轴承的类型应该根据所受载荷的大小、性质、方向,轴的转速及其工作要求进行选择。若只承受径向载荷或主要是径向载荷而轴向载荷较小,轴的转速较高,则选择深沟球轴承,若轴承承受径向力和较大的轴向力或需要调整传动件的轴向位置,则应该选择角接触球轴承或圆锥滚子轴承。由于圆锥滚子轴承装拆调整方便、价格较低,故应用最多。根据初算轴径,考虑轴上零件的轴向定位和固定,估计出装轴承处的轴径,再选用直径系列为轻系列或中系列的轴承,这样可以初步定出滚动轴承型号。在前面已经确定了滚动轴承的类型,这样就可以对滚动轴承进行寿命计算和校核。轴承的寿命要和减速器的寿命相仿。如果寿命不够,可以考虑选择其他的轴承。如果寿命太大,可以考虑选择小一点的轴承。对滚动轴承的寿命进行校核：<5-5>式中：L——额定寿命；B——额定动负荷[N]；——速度系数,；——工作情况系数；ε——寿命系数,对于球轴承：ε=3；对于滚子轴承：ε=10/3；Ks——寿命系数；Km——功率利用系数；Kn——转速变化系数；KT——工作期限系数；K——齿轮轮换工作系数；P——当量动载荷[N]；符合设计要求。5.4齿轮的强度计算一般主要是高速传动齿轮接触疲劳强度的校核和低速传动齿轮的弯曲疲劳强度的校核。齿轮为22的齿轮模数mi：<5-6>式中：N——传递的额定功率[KW]；——计算转速；——齿宽系数,此处值为6；z1——为齿轮齿数；i——大的齿轮与小的齿轮齿数之比；——寿命系数：；KT——工作期限系数：；T——；n1——齿轮的最低转速；c0——基准循环次数；m——疲劳曲线指数；Kn——转速变化系数；KN——功率利用系数；Kq——材料强化系数；Kc——工作状况系数,取；Kd——动载荷系数；Kb——齿向载荷分布系数；——许用接触应力,；计算得,所以选模数。齿数为30的齿轮模数<5-7>其中Y——齿形系数；——许用弯曲应力；计算得,选模数为3。用一样的方法验算,其他齿轮也都达到了本次设计的要求。5.5计算跨距前支承为双列圆柱滚子